半导体物理学---1省名师优质课赛课获奖课件市赛课一等奖课件.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢。本资料仅供参考，不能作为科学依据。谢谢您,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,电子科学与技术专业,半导体物理学,Semiconductor Physics,第1页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,So pleasure to meet you,in classroom today!,I hope we will be happy,to co-operate on our new subject of Semiconductor Physics in this semester.,第2页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,Let me start by introducing myself,第3页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,教学目标,经过半导体中电子运动规律及其性质学习，引导学生了解半导体物理基本分析方法；从半导体中载流子运动规律出发，掌握半导体基本导电理论，为学习半导体器件基础和从事电子科学技术相关专业工作打好基础。,第4页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,教学内容及基本要求,课程包含半导体晶体，平衡状态下半导体体材特征，非平衡状态下半导体体材特征，平衡和偏置状态下,PN,结特征，,PN,结伏 安特征，半导体表面和,MIS,结构，金属-半导体接触和异质结七章及习题课。,第5页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,经过学习要求学生对半导体物理基本分析方法有较深刻了解，能从半导体中载流子运动规律出发，分析处理半导体基本导电理论，尤其是,PN,结理论，同时对半导体表面，金属-半导体接触等相关问题。,第6页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,第7页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,献上,诸葛亮,写给儿子一封只有,86,个字信,作为见面礼。,第8页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,第一章 半导体晶体,Chapter 1,Semiconductor Crystal,第9页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,半导体器件，或微电子器件，本质上是,材料取向,（Materials oriented），,即器件特征基本上由半导体材料性质决定。,第10页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,半导体材料，正如半导体 词义所表示，是一个,电导率,（,electrical conductivity,）,介于,导体,（conductor）,与,绝缘体,（insulator）,之间材料,第11页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,晶体基本概念,处于凝固状态下物体，我们称之为固体。,固体按结构可分为两类：,一类是,晶体,（crystal）,，,另一类是,非晶体,（non-crystal）,。,第12页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,晶体又分,单晶体,（monocrystal）,和,多晶体,（polycrystal）,。,普通所说晶体，主要是指单晶体。,半导体器件和集成电路采取半导体材料都是靠近完美单晶材料。,第13页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,完美单晶半导体研究，当然是材料学家或者结晶学家职责，不过一些基本概念我们也应该知道。,第14页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,人们在生产和生活实践中早就发觉自然界中有许多晶莹透明表面光洁、线条笔直、对称排布、漂亮完整、含有多面体外形固体，并把这类外形规则固体称为晶体。,第15页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,经对晶体内部结构研究发觉与其它物质不一样，其内部原子非常有规则地按一定周期方式排列，周而复始，落实一直，形成整齐而固定阵列。,第16页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,晶体是由原子或分子按照一定周期性规律，在空间重复排列而成固体物质。,第17页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,晶体分布非常广，自然界中固体物质绝大多致是晶体。气体、液体和非晶物质在一定条件下，也可转变成晶体。,第18页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,晶体和人类关系十分亲密。地球表面岩石和泥砂全由各种各样晶体堆积形成。这些物质中，晶体颗粒大小十分悬殊，有些只有几毫克，有些可达几十吨。,第19页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,日常生活中接触和使用金属器材都由金属晶体聚集而成。,当代科学技术提供许多家用电器，关键部件均由晶体加工生产而成，如石英钟、荧光粉、晶体管、磁芯等。,第20页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,晶体所以含有这么广泛功效，在于它内部原子排列周期性，以及在该基础上进行改造可能性。,晶体周期性结构，使晶体含有以下共同性质：,第21页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,(1),均匀性,(uniformity),晶体宏观性质相同，即有相同化学组成、密度等,(,2,),对称性,(symmetry,),外形和内部结构具备特有对称性，晶体对称性和晶体性质关系非常亲密。,第22页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,(,3,),各向异性,(anisotropy),晶体中，不一样方向上物理性质，如电导率热胀系数、折光率和机械强度等有显著差异，此乃晶体内部不一样方向上原子或分子周期性排列不一样所决定。,第23页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,(,4,),多面体晶体,(,polygonal crystal,),晶体在生长过程中，相交晶面自发地形成晶棱。晶棱会聚成为顶点，从而展现多面体外形。晶体这种性质也决定于晶体内部结构周期性。,第24页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,理想环境中生长晶体可长成凸多面体。凸多面体晶面数,(,F,),，晶棱数,(,E,),，和顶点数,(,V,),符合以下公式：,第25页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,四面体有,4,个面、,6,条棱、,4,个顶点；,立方体有,6,个面、,12,条棱、,8,个顶点；,八面体有,8,个面、,12,条棱、,6,个顶点等。,第26页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,(,5,),存在熔点,(,melting poin,),晶体内部原子周期性结构与周期性结合能相同。当温度升高，热振动加剧各个周期都处于吸热熔化过程中，抵达恒定不变温度时才熔解，称为熔点。,第27页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,(,6,),x,射线衍射,(,x diffraction,),晶体结构周期大小和,x,射线波长相当，能使,x,射线产生衍射现象。晶体,x,射线衍射数据，成为了解晶体内部结构主要依据。,第28页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,归纳起来，晶体主耍特征是内部原子(离子或分子)排列含有,规则性,（regularity）,和,周期性,（periodicity）。,第29页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,晶体又分,单晶体,（monocrystal）,和,多晶体,（polycrystal）,。,普通所说晶体，主要是指单晶体。,半导体器件和集成电路采取半导体材料都是靠近完美单晶材料。,第30页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,整块材料中内部原子都是有规则、周期地重复排列起来晶体称为,单晶体,。,多晶体,则由大量微小晶粒,(,线度在,0.01,毫米以下,),组成。,第31页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,多晶体内，每个小晶粒中原子排列是规则和周期，但各晶粒之间，原子排列取向并不相同。,金属大都属于多晶体。,第32页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,固体除晶体外，还有非晶体。非晶体中原子排列都是无规则，非晶体有时也称,过冷液体,(subcooled liquids),。玻璃、塑料等都是非晶体。,第33页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,第34页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,固体物理学是研究晶体中原子和电子运动规律及其性质学科。,半导体物理学是固体物理学分支，研究半导体晶体中原子和电子运动规律及其性质。,第35页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,晶体性质主要决定于它们化学组成和内部结构。,晶体组成化学成份不一样其性质当然不一样；晶体化学成份相同，但内部结构不一样，性质也不相同。,第36页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,晶体内部，原子在三维空间按照周期性规律重复排列。,每个重复单元满足：,化学组成相同,、,空间结构相同,、,排列取向相同,、,周围环境相同,。,第37页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,这种组成晶体重复排列基本单位称为,结构基元,(,Strucural motif,),。,图示分别给出按一维、二维和三维周期排列结构基元实例。,第38页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,许多单质晶体在某一方向上原子常按这种方式排列。这种结构中，一个原于组成一个结构基元。,第39页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,此为层型石墨分子中一些方向上碳原子排列情况。,结构基元由两个原子组成。,第40页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,此为硒晶体中链型硒分子按螺旋型周期排列情况，三个原子组成一个结构基元。,第41页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,此为仲展聚乙烯链结构恃况，结构基元为,CH,2,CH,2,第42页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,第43页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,此为等径原子最密堆积层二维图像。虚线所表示平行四边形为结构基元，它包含一个原子。,第44页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,O,H,B,结构基元,第45页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,此为硼酸晶体内二维层型结构，两个硼酸分子组成一个结构基元。,第46页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,第47页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,此为金刚石结构三维图像，相邻两个碳原子组成一个结构基元。取顶角上和面心上原子作点阵点，内部,4,个原子不是点阵点。,第48页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,金刚石结构中，每个碳原子都按正四面体型式和周围原子组成共价键，但仔细观察能够发觉相邻碳原子周围,4,个键空间取向不一样、周围环境不一样，故不能以每个碳原子作为一个结构基元。,第49页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,NaCl,晶体由氯和钠两种元素原子组成。形成,NaCl,晶体时，每个,Na,+,离子近邻是,C1,-,离子，,C1,-,离子近邻是,Na,+,离子。,第50页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,Na,+,Cl,-,0,a,b,c,NaCl,晶体空间晶格,第51页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,依靠带正电离子和带负电离子间静电吸引形成结构称为,离子键,(ionic bond),。由离子键组成晶体称为,离子晶体,(ion crystal),。,NaCl,是经典离子晶体。,第52页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,整个,NaCl,晶体能够看成是由一个基本结构单元沿三个不一样方向，各自按一定间距，周期地重复堆积结果。,第53页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,x,y,z,第54页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,第55页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,显然，不一样晶体基本结构单元是不一样。,上述四个相同条件则是判断结构基元由哪些原子组成标准，而且必须四个条件同时都能满足。,第56页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,基本结构单元能够是一个原子，也可是若干个原子组成集团。,NaCl,晶体基本结构单元，由一个,Na,+,离子和一个,C1,-,离子组成。,第57页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,为简单描述晶体内部结构周期性，可用一个点来表示每个最小重复单元。,每个基本结构单元代表点，必须选在各单元中同类原子上，如,NaCI,中,Na,或,Cl,）。,第58页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,也能够选在在基本结构单元,“,重心,”,（,centre of gravity,）,上。,这些代表点空间分布周期性与晶体中原子排列周期性完全一致。,第59页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,注意到代表点不考虑结构基元包含详细内容和详细结构，集中反应仅仅是晶体周期重复方式，故是晶体中结构基元一个几何抽象。,第60页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,这些从晶体中无数个结构基元抽象出来代表点在三维空间按一定周期重复形成一个点阵，称为,空间格点,(,Space Lattice,),或,布拉伐格子,（,Bravias Lattice,）,。,第61页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,布拉伐格点是晶体基本结构单元代表点，格点是原子集团代表。,格点代表原子集团，彼此之间有相同结构，即同时满足四个相同条件。,第62页,Semiconductor of physics,Chapter 1,需要尤其注意是，应把布拉伐格子同晶体结构区分开来。,晶体结构是指晶体中原子排列，而布拉伐格子则是指晶体基本结构单元代表点在空间分布。,第63页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,依据晶体结构、结构基元和格点点阵间关系，能够简单地将晶体结构用下式表示：,晶体结构,点阵,+,结构基元,第64页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,第65页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,任何晶体，只要知道它布拉伐格子，那么，该晶体原子排列周期性也就充分地反应出来了。,因布拉伐格点排列情况与实际原子排列相同，二者周期性完全一致。,第66页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,那么一定晶体基本结构单元包含多少个原子呢？,假如把化学成份不一样或者所处环境不一样原子看成类型不一样原子，显然存在下面关系：,第67页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,NaCl,晶体是由两种化学成份不一样原子组成，每个基元应包含一个,Na,+,离子和一个,C1,-,离子。表明上面等式是成立。,基本结构单元中原子数,晶体中原子类型数,第68页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,普通由一或数个分子组成分子晶体，其结构基元分子中原子种类越多，结构基元包含原子数目也多。,蛋白质晶体结构基元常由上千个原子组成。,第69页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,描述晶体内部结构周期性另一个方法是把晶体划分成一些周期性重复区域,单胞,(Unit Cell),或,原胞,(Primitive Cell),。,单胞与原胞,第70页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,单胞是以格点为顶点，以三个独立方向上周期为边长组成平行六面体，它是晶体中一个小体积，一个周期性重复区域。,第71页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,单胞是晶体内部结构缩影。单胞重复堆积，能够得到整个晶体。,原胞也是单胞，只不过是体积最小单胞。,第72页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,每个原胞只能包含一个基元，即一个布拉伐格点，且该布拉伐格点只能在原胞顶角上，体心,(body center),和面心,(,face center),不能有布拉伐格点。,第73页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,因为原胞是体积最小周期性重复区域，所以用它们来描述晶体内部结构周期性，一定最充分、最细致。,第74页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,但很多情况下，原胞形状不便反应晶体中原子排列对称性。为既能描述原子排列周期性，又可反应它们对称性，习惯上都采取体积较大单胞。,第75页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,NaCl,晶体单胞通常选择图示立方体,Na,+,Cl,-,a,b,c,第76页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,现在计算单胞中含多少个布拉伐格点。,立方体共有六个面。每个面心格点被两个立方体平分，因而平均来说，它面心格点对一个立方体贡献是,1 2,。,第77页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,立方体八个顶角上有八个格点，每个顶角格点被八个立方体平分，所以顶角格点对每个立方体贡献是,1 8,。,第78页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,由此可知，一个单胞中布拉伐格点平均数为：,第79页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,就是说，面心立方体单胞，包含四个布拉伐格点。,对应地，该单胞中包含有四个基元，即四个,Na,+,离子，四个,C1,-,离子。这么单胞显然不是体积最小单胞。,第80页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,体积最小单胞，即原胞，应该只包含一个布拉伐格点，即只有一个,Na,+,离子和一个,C1,-,离子。,a,b,c,a,1,a,2,a,3,第81页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,第82页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,原胞中，因为格点都在顶角上，所以每个原胞中平均只包含个格点。轻易计算，面心立方格子原胞体积为立方单胞体积,14,，,第83页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,基矢,（Basic Sector,）,为便于数学上进行分析，晶体内部结构周期性也可用一组,基本,平移矢量,(简称,基矢量,或,基矢,),来描述。,第84页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,基矢量是沿单胞三个边长方向，长度等于单胞边长独立矢量。或者说是支撑起单胞三个独立矢量惯用,a，b，c,表示。,第85页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,a,b,c,第86页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,原基矢量是支挥起原胞三个独立矢量，通常表为,a,1,，,a,2,，,a,3,。,a,1,a,2,a,3,第87页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,a,1,a,2,a,3,a,b,c,a,b,c,a,1,a,2,a,3,a,1,a,2,a,3,第88页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,选沿立方体三条边方向上单位矢量,i、j、k,，以晶格常数,a,表示边长，则面心立方晶格基矢量,a、b、c,可表示为,第89页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,a,a,a,a,c,b,i,j,k,第90页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,面心立方格子原基矢量,a,1,、a,2,、a,3,则,为,a=,a,i,b=,a,j,c=,a,k,a,3,a,1,a,2,a,a,a,第91页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,利用原基矢量表示布拉伐格点位置非常简便：,任选一格点作坐标原点，以一组原基矢量为坐标轴组成参考坐标系。,第92页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,因为每个布拉伐格点都处于原胞顶角上，所以，全部布拉伐格点径向矢量，即晶格矢量,R,都可表为,第93页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,a,1,a,2,R,R=3a,1,+2a,2,+0a,3,第94页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,描述晶体内部结构周期性上述方法，彼此是相关，知道一个方法，便能够导出其它方法。,第95页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,应指出是，一定晶体，其内部结构周期性是一定，即布拉伐格子是一定，不过单胞、原胞、基矢量和原基矢量选择却不是唯一。,第96页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,引入上述这些概念后，晶体内部结构周期性，能够这么来描述：,各个原胞中点，原子排列情况是相同。,第97页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,任意两个原胞中对应点径向矢量，仅差一个晶格矢量,R,。所以，晶体中任意一点,r,和另一点,r,1,若,式中,m,1,、,m,2,、,m,3,为任意整数。,第98页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,则这两点上晶体原子分布情况完全相同，晶体微观物理性质也完全一样。,第99页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,再强调一次，布拉伐格子不是晶体。,布拉伐格子只是用一个点表示晶体中周期性重复单元。,第100页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,三维空间中布拉伐格子分布方式只有,14,种类型。也就是说，三维晶体布拉伐格子类型只有,14,种。,第101页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,14,种不一样类型布拉伐格子,(1),简单三斜,(2),简单单斜,(3),底心单斜,(4),简单正交,(5),底心正交,(6),体心正交,(7),面心正交,(8),简单正方,(9),体心正方,（10）,简单立方,(11),体心立方,(12),面心立方,（13）,三角,（14）,六角,第102页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,第103页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,表中，按单胞形式将,14,种布拉伐格子分成七大晶系,所谓单胞形式指是晶系划分均以支撑起单胞三个基矢量,a，b，c,相对长度和它们夹角作标志。,第104页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,因习惯选取单胞形式直接反应了布拉伐格子点群对称性，故晶系划分依据，实际上是布拉伐格子点群对称性。对称性相同，属于同一晶系；不相同则属于不一样晶系。,第105页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,三斜晶系,布拉伐格子：简单三斜,单胞基矢量特征,abc,；,第106页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,单斜晶系,单胞基矢量特征,abc,；,=90,简单单斜,底心单斜,第107页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,正交晶系,单胞基矢量特征,abc,；,=90,第108页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,正方晶系,四角,单胞基矢量特征,a=b c,；,=90,第109页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,立方晶系,单胞基矢量特征,a=b=c,；,=90,第110页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,三角晶系,单胞基矢量特征,a=b=c,；,=120 90,第111页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,六角晶系,单胞基矢量特征,a=b c,；,=90=120,第112页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,金刚石结构,金刚石结构是碳原子组成一个晶体结构,第113页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,把金刚石晶体划分成正立方体形式单胞，则除了在立方体顶角和面心上有碳原子外，在,4,个体对角线约,1/4,处也有碳原子存在。,第114页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,第115页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,第116页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,立方体底面上原子排列投影图,第117页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,凡原子排列情况和金刚石相同晶体均属于金刚石结构。,元素半导体硅和锗都是金刚石结构。,第118页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,结构上，金刚石结构由两套面心立方格子组成，一套格子原子是另一套格子上原子近邻，两套格子上原子与近邻原子形成共价键，只是方位不相同。,第119页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,金刚石结构中，每个原子有四个分布在以该原子为中心正四面体四个顶角上近邻原子。,第120页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,碳、硅和锗都是第,IV,族元素，每个原子有四个价电子，近邻原子价电子形成共价键，每个共价键包含两个自旋相反电子结成一对。这些共价键把原子联络起来组成整个晶体,第121页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,第122页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,第123页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,几个金刚石结构晶体晶格常数,晶体,金刚石,硅,锗,灰锡,晶格常数,3.56,5.43,5.65,6.46,第124页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,晶体中，规则、周期地在空间重复排列起来原子将组成一系列直线以及平面。,晶列与晶面,第125页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,晶体中原子排列成平面称,晶面,。,晶体中，原子排列成直线称,晶列,第126页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,111面,100面,110面,立方体晶格三个常见晶面,第127页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,密勒指数,（,Miller Indices,）,经过液相还是汽相生长晶体时，生成原子相对于可选有效位置，展现在某种优先位置上定位趋向，便形成了宏观上晶面。,第128页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor Crystal,英国矿物学家,William H.Miller,开发了一套今天仍被普遍使用识别晶面体系。,选面心立方体单胞三个相互正交棱边作坐标轴，组成一个参考系统。,第129页,Semiconductor of physics,Chapter 1 Semiconductor